MODELAMIENTO HIDROLÓGICO

MODELAMIENTO HIDROLÓGICO Las amenaza proveniente de la descarga del río Rímac, hacen que se desarrolle una serie de secuencias secuencias numéricas y estadísticas estadísticas para llegar a resultados condicionados por las características hidro-geomorfológicos de la zona en estudio. En este modelamiento se ha identificado las descargas para un periodo de retorno de 500 años y un caudal de 500 m3/s.

Para el análisis del comportamiento del agua en la sección de rio Rímac donde se ubica el puente nos valimos del programa HECRAS, el cual nos ayudó en la determinación de los parámetros a trabajar, de donde tomamos como resultado el valor de aguas máximas obtenido en el programa. Con estos niveles se dio inicio a los estudios hidráulicos.

Figura: sección a 40m

Figura: cuadro de resultados a 40m

Figura: sección a 40m

Figura: cuadro de resultados a 40m

NOTA:  Para observar los datos en su totalidad podemos hacerlo en los anexos donde se encuentran todas las secciones del rio, vista tridimensional, perfil longitudinal del rio y las tablas de resultados finales.

Estudio hidráulico DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN EN SITIOS DE INTERÉS El proceso erosivo de la corriente de agua en los ríos, provoca la socavación del lecho móvil de los mismos en función básicamente a las características hidráulicas del río y las características granulométricas del material que conforma el cauce. La socavación resulta más intensa a medida que se incrementa el caudal y las velocidades del flujo del agua superan la velocidad crítica de erosión del material del lecho del río.

CÁLCULO DE LA SOCAVACIÓN GENERAL DEL LECHO. Con los datos calculados, procedemos a determinar la socavación general del lecho del rio, para ello contamos con la siguiente información:

Granulometría del cauce del río Rímac: Componente

%

Material granular

70

Bolonería

30

Composición de la Bolonería % de 3" a 5"

50

de 5" a 8"

40

de 8" a 20"

10

El D50 del material granular es 25,4 mm

 D50 = 25.4 mm

→

Para el cálculo de la socavación general haremos uso del Método U.S. Army Corps of Engineers, las ecuaciones recomendadas para estimar la socavación general según este método están presentadas en la publicación HEC Nº 18 y fueron deducidas a partir de las investigaciones de Laursen (1963) y sus expresiones son las siguientes:

⁄      ⁄  

       Donde:  Y 2 = profundidad del escurrimiento en la sección contraída después de la socavación (m) Q2 = caudal de crecida en sección contraída (m 3 /s) C = coeficiente para unidades métricas = 40 Dm = diámetro de la partícula más pequeña del lecho no arrastrada por el escurrimiento en la sección contraída. Se recomienda usar Dm = 1,25xD50 (m) W2 = ancho superficial útil del escurrimiento en la sección contraída (ancho superficial total  – espesores de pilas) (m)  Y S = socavación general en la sección contraída (m)  Y 0 = profundidad del escurrimiento en sección contraída antes de la socavación (m) El cálculo, al igual que en los otros casos, se realiza considerando franjas o subsecciones, adoptándose como socavación general al máximo valor obtenido en las diferentes subsecciones. Entonces, tenemos:

Q2 = 511 m3 /s C = 40 Dm = 1,25 D 50 (m) = 1.25 (0.0254) = 0.0318 m W2-35 = 14.40 m W2-40 = 13.31 m  Y 0-35 0-35  = 8.47 m  Y 0-40 0-40  = 8.24 m

Reemplazando obtenemos:

Finalmente:

⁄     (⁄  )⁄     (⁄  )                 

Realizamos el cálculo para las secciones a 35m y 40m ya que es entre estas secciones donde se encuentra ubicado el puente Santa María.

DETERMINACIÓN DE LA SOCAVACIÓN LOCAL AL PIE DE LOS ESTRIBOS La socavación local de un río es aquella que se produce cuando las condiciones del cauce y flujo del río se alteran por efectos de la instalación de alguna estructura sobre el lecho del mismo, llámese esta: pilares, estribos, gaviones, muros de encauzamiento, espigones, barrajes, etc.

La construcción del puente del rio Rímac no originará una socavación local al pie de los estribos, ya que los estribos descansan sobre el terreno elevado y no tienen influencia sobre los niveles máximos de agua en la sección del puente.

SOCAVACIÓN TOTAL AL PIE DE LOS ESTRIBOS La socavación total en un curso de agua se determina sumando a la socavación general la socavación local impuesta por una estructura determinada; por lo cual, en un Puente se puede reconocer el siguiente tipo de socavación total: Con los resultados encontrados anteriormente referentes a socavación general y socavación local se ha calculado la socavación total al pie de estribos tanto para el puente.

Consideraciones sobre Hidráulica Fluvial MECÁNICA FLUVIAL DEL RÍO El puente Santa María sobre el río Rímac se ubicó en un tramo sensiblemente recto del río y en una zona en donde la pendiente es relativamente alta e igual a 1.5%, lo que posibilita la ocurrencia de un flujo de características uniformes en estado suscritico, totalmente confinado y con velocidades medias que llegan hasta 6.08 m/s. El eje del puente proyectado es oblicuo al eje principal del río.

DETERMINACIÓN DE LOS VALORES DE DISEÑO LONGITUD DE LA LUZ DEL PUENTE El criterio para seleccionar la longitud de la luz del Puente desde el punto de vista hidráulico es que la luz del Puente debe ser tal que permita la circulación del caudal del río en avenidas ordinarias y extraordinarias con cauce hidráulicamente estable y sin peligro de obstrucción por presencia de huaycos o grandes piedras, con la finalidad de que dicha luz trabaje a capacidad plena la mayor parte del tiempo y permita aún en época de estiaje considerarla una estructura aparente.  Acorde al criterio fundamental antes expuesto y de acuerdo a los resultados encontrados en el presente Estudio se desprende que la longitud recomendada para la luz del puente desde el punto de vista hidráulico es de 32 metros.

NIVELES DE AGUAS MÁXIMAS EN EL PUENTE Los niveles de agua de diseño en el río para cada uno de los caudales de diseño dise ño calculados se determinaron mediante el programa HEC  – RAS. Esta simulación se realizó con los datos obtenidos en los estudios básicos proporcionados por el profesor de curso. Los resultados son los siguientes:

SECCION

CAUDAL (m3/S)

COTA DE FONDO (m)

COTA DE NIVEL DE AGUA (m)

TIRANTE (m)

ANCHO NIVEL SUPERIOR RIO

NUMERO DE FROUDE

70m

511

96.75

107.49

10.74

15.56

0.53

65m

511

96.75

107.26

10.51

14.69

0.59

60m

511

96.91

106.95

10.04

13.87

0.65

55m

511

96.94

105.24

8.3

11.18

1

50m

511

96.94

104.89

7.95

11.31

1

45m

511

96.95

105.1

8.15

12.69

0.88

40m

511

97.13

105.37

8.24

13.31

0.78

35m

511

97.14

105.61

8.47

14.4

0.67

30m

511

97.15

105.57

8.42

14.48

0.68

25m

511

97.24

105.09

7.85

13.28

0.78

20m

511

97.33

104.1

6.77

12.58

1

15m

511

97.41

104.01

6.6

12.73

1

10m

511

97.53

103.9

6.37

13.03

1

5m

511

97.54

103.86

6.32

13.43

1

Tabla: determinación de tirantes

El caudal de diseño para el cálculo de los niveles máximos del río Santa María es 500m3/s 

Las velocidades medias del flujo tomada es de 6.08 m/s, obteniéndose Números de Froude entre 0.53 y 1.00 para el diseño.

Las socavaciones en el puente son: SOCAVACION TOTAL EN EL PUENTE (m) TIPO DE SOCAVACION Caudales en m3/s 511 Socavación General

3.8

Socavación Local

0

Total

3.8

Tabla: Cuadro de Socavaciones. 

El modelamiento del río Santa María se realizó aplicando el Software HEC  – RAS River Analisys System versión 4.0 desarrollado por el U.S. Army Corps of Engineers.



No hay socavación local ya que los estribos descansan sobre el terreno elevado y se ubican fuera de los niveles máximos de flujo.

Fig.: Sección de análisis para socavamiento